Инструментальная сталь

Инструментальная сталь, углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые колёса, ходовые винты в высокоточных станках и др.). Как правило, И. с. содержит более 0,6-0,7% С; исключение - штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3-0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств И. с. подвергают термической обработке (закалке, отпуску), в результате которой твёрдость И. с. повышается до 60-66 HRC, прочность при изгибе - 2,5-3,5 Гн/м² (250-350 кгс/мм²). С увеличением твёрдости повышается и износостойкость И. с. - способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями. И. с., легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость И. с. - способность сохранять высокую твёрдость и износостойкость при температурах до 500-700 ?С - достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, И. с. подразделяют на три группы (см. табл.). Химический состав широко распространённых в СССР инструментальных сталей, % в среднем Марка стали C Mn Si Cr W Mo V Стали с небольшой устойчивостью против нагрева Углеродистые стали

У8А 0,8 0,25 0,25 £0,1 - - -

У10А 1,0 0,25 0,25 £0,1 - - -

У12А 1,2 0,25 0,25 £0,1 - - -
У13А 1,3 0,25 0,25 £0,1 - - - Низколегированные стали
9ХФ 0,9 0,4 0,25 0,55 - - 0,2
11ХФ 1,1 0,5 0,25 0,55 - - 0,1
13Х 0,3 0,4 0,25 0,55 - - -
В2Ф 1,2 0,4 0,25 0,5 1,7 - 0,1 Легированные стали
Х 1,0 0,3 0,2 1,5 - - -
ХВСГ 1,0 0,75 0,85 0,9 0,85 - 0,1
7ХГ2ВМ 0,75 2,1 0,3 1,7 1,1 0,7 0,15
6ХС 0,65 0,25 0,8 1,1 - - - Стали с повышенной устойчивостью против нагрева
Х6ВФ 1,1 0,25 0,25 6 1,3 - 0,6
Х6Ф4М 1,65 0,25 0,25 6 - 0,8 3,8
X12М 1,55 0,25 0,25 12 - 0,5 -
55Х6В3СМФ 0,55 0,25 0,8 6 3 0,8 0,8 Стали, устойчивые против нагрева (штамповые стали)
4Х52ВФС 0,4 0,25 1,0 5 2,0 - 0,8
4Х3БМФС 0,4 0,35 0,8 3,5 1,0 1,4 0,7
3Х2В8Ф 0,35 0,25 0,25 2,5 8,0 - 0,3
2Х8В8М2К5 0,25 0,25 0,4 7,5 7,5 1,8 8,0
Стали с небольшой устойчивостью против нагрева сохраняют высокую твёрдость до 150-200?C, применяются для резания мягких материалов с небольшой скоростью и для холодного деформирования. Углеродистые стали этой группы характеризуются малой прокаливаемостью - изделия диаметром (толщиной) более 15-20 мм получают при закалке высокую твёрдость (до 65 HRC) только в тонком поверхностном слое, сохраняя мягкую и вязкую сердцевину. Из-за повышенной деформации при закалке с охлаждением в воде из углеродистой стали изготовляют преимущественно инструменты простой формы - напильники, зенкеры, ручные метчики и др. Имеющие несколько лучшую прокаливаемость низколегированные стали используют для инструментов небольших сечений, от которых требуется высокая и равномерная твёрдость: ножовочных полотен для ручной резки металлов, лезвий бритв, круглых пил по дереву и др. Легированные стали этой группы обладают повышенной прокаливаемостью (от 25-100 мм) и применяются для измерительных инструментов, колец и шариков подшипников качения, штампов сложной формы и др.
Стали с повышенной устойчивостью против нагрева сохраняют свои эксплуатационные свойства при нагреве до 250-400 ?С. В основном это легированные стали с высоким содержанием хрома (до 12%). Они имеют повышенную износостойкость в условиях абразивного изнашивания, так как содержат в структуре до 20-30% карбидов хрома и ванадия высокой твёрдости: Me₇C₃ (1200-1400 HV) и MeC (2000 HV). После термической обработки (закалка с охлаждением на воздухе, в масле или в расплавленных солях с температурой 150-180 ?С) они приобретают твёрдость до 63 HRC. Для этих сталей характерна высокая прокаливаемость (до 300-400 мм) и минимальные объёмные изменения при закалке. Из высокохромистых сталей изготовляют крупные штампы, испытывающие повышенный износ, стойкие в агрессивных средах хирургические инструменты и др.
Стали, устойчивые против нагрева, сохраняют твёрдость до 560-700 ?С. Основными легирующими элементами таких сталей, обеспечивающими их красностойкость, являются вольфрам и молибден. Стали, имеющие повышенное содержание углерода (0,7-1,5%) и высокую твёрдость (до 64-68 HRC), идут на изготовление режущего инструмента (см. Быстрорежущая сталь); стали с содержанием углерода до 0,4% (штамповые стали), имеющие более низкую твёрдость, но лучшую вязкость, применяют для штампов горячего деформирования, форм для литья металлов под давлением и др.
Лит.: Гуляев А. П., Малинина К. А., Саверина С. М., Инструментальные стали. Справочник, М., 1961; Геллер Ю. А., Инструментальные стали, 3 изд., М., 1968 (имеется библ.).
? Ю. А. Геллер.